에너지 밀도가 중요한 이유드론/UAV 시장에서의
드론 산업의 기하급수적인 성장은 배터리 기술의 발전에 크게 좌우됩니다. 매우-높은 에너지 밀도는 장거리 비행과 보다 다양한 응용 분야에 전력을 공급하는 데 있어 중요한 요소가 되고 있습니다.
에너지 밀도가 높을수록 드론은 더 오래 비행하고 더 많은 무게를 운반할 수 있습니다. 이 기능은 사진 촬영을 넘어 운송, 감시 및 환경 모니터링을 포함하여 드론 사용을 확장하는 데 중요합니다.
상업용 드론의 이점s & 환경에 미치는 영향
상업용 드론, 특히 패키지 배송 및 산업 검사에 사용되는 드론은 고에너지 밀도 배터리의 이점을 크게 누릴 수 있습니다. 한 번 충전으로 더 먼 거리를 이동할 수 있어 더욱 효과적이고 비용 효율적입니다.-
에너지 밀도가 높은 배터리는 환경 친화적이기도 합니다. 수명이 길어지고 배터리 교체 빈도가 줄어들어 드론 작동으로 인한 환경적 영향이 줄어듭니다.
배터리 에너지 밀도는 무엇입니까?
에너지 밀도는 단위 공간 또는 물질의 단위 질량에 저장된 에너지의 양입니다. 배터리의 에너지 밀도는 배터리의 평균 단위 부피 또는 질량이 방출하는 전기 에너지의 양으로, 일반적으로 중량 에너지 밀도와 부피 에너지 밀도의 두 가지 차원으로 구분됩니다.
배터리의 중량 에너지 밀도는 공칭 전압(V) * 정격 용량(Ah) / 배터리 중량(kg)=비에너지 또는 에너지 밀도(Wh/kg) 공식을 사용하여 간단히 계산할 수 있습니다.
다양한 유형의 충전식 배터리의 에너지 밀도는 다음과 같습니다.
납축전지의 에너지 밀도는 50-70Wh/kg입니다.
니켈-카드뮴 배터리의 에너지 밀도는 50~80Wh/kg입니다.
니켈-금속 수소화물 배터리의 에너지 밀도는 60~140Wh/kg입니다.
리튬-이온 배터리의 에너지 밀도는 150~300Wh/kg입니다.
납{0}}배터리는 에너지 밀도가 낮습니다. 패밀리카로 200km 이상 주행하려면 약 1톤에 가까운 배터리가 필요하며, 이는 전기차의 동력원으로 사용하기에는 너무 무겁다. 또 다른 이유는 Pb가 독성이 있고 환경 친화적이지 않으며 납{5}}배터리의 사이클 성능이 좋지 않기 때문입니다. 반면, 리튬{7}}이온 배터리의 에너지 밀도는 약 150~300Wh/kg으로 납산 배터리보다 훨씬 높으며 사이클 성능도 마찬가지이므로 리튬{11}}이온 배터리는 신에너지 전기 자동차 개발을 위한 최선의 선택입니다.
현재 시장에는 고밀도-에너지-밀도 리튬 배터리를 위한 두 가지 주요 기술 경로가 있습니다. 경제적인 LiFePO4 배터리와 중{3}}~-고급-리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC) 배터리입니다.
2015년에는 LiFePO4 배터리가 시장의 주류였습니다. 당시 시중에 나와 있는 대부분의 LiFePO4 배터리 시스템의 에너지 밀도는 약 70{14}}90Wh/kg인 반면, NMC 배터리의 에너지 밀도는 훨씬 높아 130Wh/kg에 달했습니다. 주행거리에 민감한 승용차 시장을 조속히 개방하기 위해 중국 정부는 2016년 신에너지 자동차 보조금 정책에서 배터리 에너지 밀도를 기준지표로 처음 제안했다. 에너지 밀도가 높을수록 보조금을 더 많이 지원한다. LiFePO4 배터리와 NMC 배터리의 시장 구조가 변화하기 시작했고, 주요 자동차 업체들이 NMC 배터리를 대규모로 교체하기 시작했다. 2019년 6월부터 보조금이 철회되고 NMC 리튬 배터리의 높은 생산 비용으로 인해 LiFePO4 배터리가 시장의 주요 에너지 솔루션으로 돌아왔습니다. 시장 발전에 적응하기 위해 모든 대형 배터리 제조업체는 LiFePO4 + NMC의 2라인 전략을 시작했습니다. 이제 LiFePO4 배터리는 210Wh/kg의 에너지 밀도에 도달했습니다.
어떤 한계에드그만큼리튬 폴리머 배터리 에너지 밀도?
리튬 배터리에는 양극, 음극, 전극, 격막의 네 가지 핵심 부품이 있으며 모두 배터리의 에너지 밀도에 영향을 미칩니다. 그리고 전극은 화학반응이 일어나는 곳입니다. 배터리 에너지 밀도 향상의 핵심은 새로운 전극 소재 개발과 생산 공정 개선이다.
위에서 우리는 LiFeO4와 3원계 물질인 Ni Co Mn으로 구성된 리튬 배터리의 에너지 밀도가 매우 다르다는 것을 알 수 있습니다. 3원 물질의 Ni, Co, Mn 비율이 다르면 배터리 성능에도 차이가 발생합니다. Ni의 비율이 높을수록 배터리의 비용량이 높아집니다. 현재 홍보되고 있는 고Ni 양극 시스템 배터리의 질량 에너지 밀도는 240~300Wh/kg(체적 에너지 밀도 560Wh/L~650Wh/L)입니다.
리튬 배터리 시장의 주류 양극재는 주로 흑연(탄소-계 소재)이지만, 현재 탄소-계 소재의 에너지 저장량은 이론상 상한에 가깝습니다. 실리콘- 기반 양극 재료의 비용량은 4200mAh/g에 달할 수 있으며 이는 흑연 양극의 이론적인 비용량 372mAh/g보다 훨씬 높습니다. 실리콘카본 양극의 도입으로 배터리 셀의 질량 에너지 밀도는 300~400Wh/kg(체적 에너지 밀도 630Wh/L~750Wh/L)으로 업그레이드되어 흑연 음극을 대체할 강력한 대체제가 될 것입니다.
결론
미래는 드론 배터리의 에너지 밀도를 더욱 높일 수 있는 기술 통합으로 인해 유망해 보입니다. 드론 배터리의 초-에너지 밀도는 기술적 개선일 뿐만 아니라 차세대 드론을 구동할 변혁이기도 합니다. 이 기술이 발전함에 따라 새로운 가능성이 열리고 드론이 무엇을 달성할 수 있는지 재정의하게 될 것입니다. 곧 다가올 새로운 세대에 대비합시다!
